بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، تاثیر دانسیته جریان در روش آبکاری الکتریکی جریان پالسی بر توزیع نانوذرات ZrO2 و رفتار خوردگی پوششهای نانوکامپوزیتیNi-Cu-ZrO2 مورد بررسی قرار گرفت. پوشش نانوکامپوزیتیNi-Cu-ZrO2 از طریق رسوب همزمان نانوذرات ZrO2 در زمینه Ni-Cu در طی مدت زمان فرایند آبکاری الکتریکی جریان پالسی بدست آمد. فرآیند آبکاری الکتریکی جریان پالسی با دانسیته جریان 100، 200 و 300mA/cm2 در دمای 80 œC، سرعت چرخش حمام 600 rpm، چرخه کاری%70 وpH= 4/5 برروی زیرلایه فولادی از جنس st37 استفاده شد .
سپس پوششهای تولید شده توسط میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی - - FESEM و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس - - EDS مورد مطالعه قرار گرفتند. همچنین رفتار خوردگی این پوششها در محلول 3/5 درصد NaCl توسط روشهای پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت.
مشاهدات ریزساختاری و آنالیز EDS نشان داد که افزایش دانسیته جریان در روش آبکاری الکتریکی جریان پالسی منجر به کاهش اندازه دانه ها و میزان نانوذرات ZrO2 در پوشش نانوکامپوزیتی Ni-Cu-ZrO2 می شود. همچنین نتایج آزمونهای خوردگی نشان داد که با افزایش دانسیته جریان در روش آبکاری الکتریکی جریان پالسی پوشش نانوکامپوزیتی Ni-Cu-ZrO2، جریان خوردگی افزایش یافته و پتانسیل خوردگی به سمت مقادیر با پتانسیل منفی تر میل می کند .
مقدمه
پوششهای نانوکامپوزیتی از جمله پوششهای پیشرفته ای می باشند که به سبب در برداشتن خواص عالی مقاومت به خوردگی، مقاومت به اکسیداسیون، مقاومت به سایش و خواص مغناطیسی در سالهای اخیر کاربرد بسیار زیادی پیدا کرده اند.>1-3@ پوششهای نانوکامپوزیتی زمینه فلزی دارای خواص ویژه ای مانند هدایت حرارتی و هدایت الکتریک، چقرمگی بالا،پایداری شیمیایی و سختی بالا می باشند.>1- 2@ آبکاری پوششهای کامپوزیتی که به آن پوشش دهی الکتروشیمیایی کامپوزیتی نیز گفته می شود، یکی از روش های ایجاد مواد کامپوزیتی با زمینه فلزی می باشد.
آبکاری پوششهای کامپوزیتی به وسیله فرآیند رسوب دهی همزمان الکتریکی، که پیوستن ذرات پراکنده نامحلول در الکترولیت در حین رسوب دهی الکتریکی یک فلز می باشد، انجام می گردد. با این فرآیند می توان لایه های نازکی از کامپوزیتهای زمینه فلزی که دارای ذراتی از فلز خالص، سرامیکها و مواد آلی است، ایجاد نمود. اندازه این ذرات بین 20 نانومتر تا 100 میکرومتر می باشد که عموما در زمینه مس، نیکل، کبالت، کرم و آلیاژهای مختلف حاصل از رسوب دهی الکتریکی به کار میرود. غلظت ذرات معلق در محلول آبکاری از 2 تا 200 گرم در لیتر تغییر می کند، که عموما کامپوزیتهایی با 1 تا 50 درصد حجمی از این ذرات تولید می کنند.
[4-6 ] از مزایای آبکاری پوششهای کامپوزیتی، بکارگیری آسان و عملی برای قطعات با هر شکل هندسی، نبود مشکلات مربوط به فرآیندهای دما و فشار بالا هم چون فرآیند پاشش حرارتی، کاهش تلفات که اغلب روشهای غوطه وری و پاشش با آن مواجه اند، میزان کم آلودگی زیست محیطی نسبت به روشهای دیگر و از معایب آنها میتوان به کاهش چسبندگی میان پوشش و زیرلایه که با ایجاد یک لایه غیرکامپوزیتی میانی می توان این مشکل را رفع نمود، اشاره کرد. همچنین مزایای آبکاری الکتریکی از جمله قابلیت ایجاد ساختارهای فشرده، قابلیت کاربرد این روش برای رسوب تعداد زیادی از فلزهای خالص و سیستمهای کامپوزیتی،سهولت رساندن این فنآوری از آزمایشگاه به صنعت می توان نام برد. [3 ]
کاربرد مواد کامپوزیتی به عنوان پوشش، فرصت دیگری برای بهبود خواص قطعات صنعتی و افزایش عمر قطعات در حین کار فراهم کرده است6] و .[4 توسعه تکنولوژی در مواد کامپوزیتی باعث خواص خوب مکانیکی نظیر استحکام و چقرمگی بالا و همچنین مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون کامپوزیتهای با زمینه فلزی شده است8] و .[7 پیشرفت تکنولوژی کامپوزیت و جهت گیری آن به سمت فناوری نانو در سال 1990 میلادی،سبب رویکرد محققین به سمت رسوب همزمان ذرات با اندازه نانو در زمینه فلزی شده است. [8 ] در چند دهه گذشته، پوششهای کامپوزیتی تقویت شده با نانوذرات سرامیکی به سبب خواصی از قبیل سختی بالا، مقاومت به سایش و خوردگی عالی در مقایسه با پوششهای آلیاژی یا فلزی خالص توسعه و گسترش یافته اند. [9 ]
خواص پوششهای نانوکامپوزیتی عمدتا وابسته به فاز زمینه، ماهیت، اندازه و میزان پراکندگی ذرات هم زمان رسوب داده شده در پوشش است10]و .[11 حضور این قبیل ذرات در پوشش می تواند اثر سخت گردانی درونی حاصل از پراکنده شدن ذرات ریز با فازهای مختلف درون آن را داشته باشد. زیرا آنها مانع تشکیل نابجایی در درون بلور و همچنین مانع رشد دانه در فرایند تابکاری می شوند. [11 ]
با افزایش در دسترس بودن نانوذرات در سالهای اخیر، ایجاد پوششهای مستحکم شده با نانوذرات در حال رشد است. ذراتی با ابعاد نانو، رسوب دهی پوششهای لایه نازک را امکان پذیر ساخته اند. به نحوی که ممکن است در واحدهای ساخت میکرومکانیک اجزای حرکتی و یاتاقانها، بسیار مورد کاربرد باشند. نانوذرات در مرزدانه ها از حرکت نابجاییها و تبلور مجدد در دمای بالا جلوگیری می کنند .[10 - 12]
بنابراین میکروسختی و پایداری حرارتی به شدت افزایش مییابد. باتوجه به ریزساختار کریستالی بسیار ریز و افزایش سختی، باعث افزایش مقاومت سایشی نیز می شوند. اما تهیه محصولات نانوکامپوزیت مشکل است. از یک سو، شرایط هیدرودینامیک متغیر، تأثیر زیادی روی مقدار و توزیع ذرات جامد در پوشش در طول آبکاری الکتریکی گذاشته و از سوی دیگر، نانوذرات به شدت تمایل به توده ای شدن در الکترولیت دارند. بنابراین تهیه پوششهای قابل تولید با کیفیت بالا و توزیع یکنواخت و همگن ذرات تنها تحت شرایط خاص استفاده از انرژی فراصوتی و سرفکتانت مناسب، امکان پذیر است . [11 - 13]
باتوجه به مطالب ارائه شده در این بخش، یکی از اهداف استفاده از پوششهای نانوکامپوزیتی حاوی نانوذرات ، بهبود مقاومت به خوردگی است. از آنجا که در تحقیقات قبلی، تاثیر دانسیته جریان در روش آبکاری الکتریکی جریان پالسی بر رفتار خوردگی پوششهای Ni-Cu-ZrO2 بررسی نشده است، لذا در این پژوهش تصمیم گرفته شد که به بررسی تاثیر دانسیته جریان در روش آبکاری الکتریکی جریان پالسی بر توزیع نانوذرات ZrO2 و رفتار خوردگی پوششهای نانوکامپوزیتی Ni-Cu-ZrO2 پرداخته شود.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش،پوشش نانوکامپوزیتی Ni-Cu-ZrO2 توسط روش آبکاری الکتریکی جریان پالسی از حمام حاوی 150 gr/Lسولفات نیکل، 15 gr/L سولفات مس، 0/5 gr/L سدیم دودسیل سولفات - - SDS ، 20 gr/L تری سدیم سیترات و 10 gr/L نانوذره اکسید زیرکونیا تهیه شد. برای انجام آبکاری الکتریکی جریان پالسی ازمقادیر دانسیته جریان100، 200 و 300mA/cm2 در دمای 80 œC، سرعت همزن 600 rpm، چرخه کاری%70 و pH= 4/5 استفاده گردید.
